分子生物学讲义

1 Lecture1 绪论 一、 分子生物学的定义 （1） 广义：研究生物大分子的一门学科。 （2） 狭义：研究核酸和蛋白质的一门学科（） A． 核酸分子的结构与功能 （启动子的两个特定保守区—— -10区和-35区） B． 基因的结构与功能 C． 基因的表达与调控 D． 代谢途径 二、发展简史 @中心法则 三、新时期的几个问题 （1）遗传育种带来的影响（遗传多样性） （2）HGP

Lecture2 生命的化学基础 一、生物进化的关键步骤 基于生物自发生学说的一些论述 1.米勒 圆底烧瓶 模拟原始地球环境 A．自发生成小分子有机物，实现从无机物到有机物的一个过程 生物大分子 B．第一个原始细胞的形成（？） 二、生命?a.新陈代谢 2 B.生长发育和繁殖 C．遗传与变异 D．应激性 三、组成生命的元素 C H O N P 1. 共价键，形成生命 2. 较强的共价键 3. C的四价理论 四、生命组成的化学键 A．氢键 例：DNA的碱基对 B．疏水相互作用 拓展理解。 水的一些特性 1. 高比热、高气化热 2. 高分子内聚力 3. 流动性 4. 溶剂 且能解离成氢离子和氢氧根离子直接进行p H的调节 5. 独特的密度特性（1.四摄氏度时，其密度达到最大。2.水的密度要大于冰的密度）

Lecture3 生物大分子 引言 生物大分子 3 一些特征：a.无论是核酸、蛋白质和糖类，都是由一些简单的单体构件组成（内在简单性）

B.单体多效性 例如葡萄糖既是组成多糖的成分，又是机体直接进行氧化分解的单糖。

C．空间结构的重要性（生物大分子的性质与其空间结构关系密切） 拓展：‘蛋白质的结构域概念 融合蛋白 模式生物的概念？

一、 细胞 1.原核细胞与真核细胞之间的比较：概括的说，原核细胞无内膜系统。 2.E．coli的一些基本特征 （1）0.5×2 um左右 （2） 革兰氏阴性 （3） double-strand DNA （4） 1400个以上的基因，4600000bp （5） 质粒

Lecture4 DNA分子的结构 一、多核苷酸链 碱基： 稀有碱基在t RNA的反密码环上的反密码子附近。 ddNTP（2,3-双脱氧核苷酸） 可以参入一个正在复制的DNA单链。进而中止其复制的进行（可应用于DNA分子的测序）

DNA和RNA的区别 RNA被水解，DNA完全变性（碱性环境） 单糖的区别 一些与DNA结构有关的力 维系DNA分子的力：氢键、碱基堆积力（疏水相互作用和范德华力）、螺旋力 破坏DNA分子结构的力：磷酸基团的斥力（可利用组蛋白结合解决） 4 DNA的结构上的一个性质：反向平行 5 3 3 5 稳定性比较

DNA分子极其稳定，RNA分子不稳定。 1. DNA是双链，RNA是单链 2. RNA在碱性环境下易被水解 3. 自然界中存在一种酶：RNA酶（广泛分布；热稳定性，不需要任何二价金属离子作为辅基）

DNA分子构象家族 A型DNA B型DNA C型DNA Z型DNA(唯一的左手螺旋) 构象家族：具有共同特征的一类构象的集合。 超螺旋 1.几乎所有生物的DNA分子中都存在负超螺旋，约占5%左右 “拧松” 2.单链泡状结构 3.拓扑异构异构酶（I II）：拓扑异构异构酶I作用于一条链；拓扑异构异构酶II作用于两条链。（解决超螺旋问题）

5%负超螺旋结构 染色质 “念珠模型” 组蛋白：H1 H2A H2B H3 H4 组蛋白的性质：1.两亲物质，氨基酸分布不均，一侧为亲水，一侧为疏水 2.酸碱分布不均。2.高保守性 3.被其他基团修饰。

核心颗粒：146bp 缠绕（2×H2A H2B H3 H4）1 3/4圈 200bp连接部分（H1） 5 核心颗粒中“藏”有负超螺旋 染色体的形成

Lecture5 DNA的性质 一、 DNA的变性与复性 1. 定义：DNA双链在加热等其他物理的化学的因素下发生解链，成为无规则，线团状的DNA单链。

1.1. 增色反应（加热因素）

（横坐标代表温度，纵坐标代表 OD260） 第一个这点为T1，第二个这点为T2 显然有以下规律：TT2,完全解链 △T= T2-T1=7~8℃ Tm 1.一半DNA变性 6 2. DNA变性一半 3. 一半双链和一半单链（双链和单链均可存在于多个DNA上） 时的温度 实验室常用的变性温度：Tm+5 拓展：PCR引物 探针 短的DNA单链的经验值：Tm=4×（C+G）+2×(A+T) 1.2.低盐：C<0.01mol/L,变性 1.3. PH>11.3 破坏氢键 2.复性 定义：去除变性条件后，已变性DNA单链分子根据碱基互补配对原则重新聚合成双链。

2.1.成核效应 2.2..拉拉链效应

二、遗传物质在有机体内的真实存在状态 1.真核生物 染色质：一些无定形的位于细胞核内易被碱性染料着色的物质。

Lecture 6、DNA的复制 一、半保留复制：DNA在相关酶的作用下解旋，两条单链都作为模板，根据碱基互补配对原则进行合成最后在子代DNA中始终保留亲代的一条链的一种复制方式。

二、半不连续复制：由于核酸的合成只能沿着5-3的方向进行，所有DNA中始终会有一条链能连续地进行复制，而另一条链只能通过形成不连续DNA片段的 7 方式进行，这样就会出现一条链先合成，而另一条链后合成，我们把先进行合成的模板链称为先导链，相应地，另一条链称为滞后链，复制过程中的不连续片段称为冈崎片段。

三、DNA聚合酶 1.在对大肠杆菌的DNA复制研究过程中，发现存在三种聚合酶，分别是：DNA聚合酶I，DNA聚合酶II， DNA聚合酶III。

2. 5—3聚合酶活性 3—5核酸外切酶活性 5—3核酸外切酶活性 DNA聚合酶I 具有 具有 具有 DNA聚合酶II 具有 具有 无

DNA聚合酶III 具有 具有 无 备注：3—5核酸外切酶发生作用的条件：只有在不配对的碱基出发生切除，即一些发生错配的末端位点

5—3核酸外切酶发生作用的条件：存在配对碱基的末端位点开始。例如冈崎片段引物的切除。

3. DNA聚合酶I所引起的一些特异的现象 3.1）缺口平移

应用：探针技术，即核酸分子杂交技术。 3.2)链的置换（涉及到链的修复机制） 8 9 3.3）模板转辙 即在聚合酶延伸过程之中，将以被置换的链为模板进行复制，即发生了模板转辙。 四、参与复制的蛋白质 1.复制的起始原点（螺旋酶和解旋酶） 打开第一个双链 拓扑异构酶I（负超螺旋问题） SSB（单链结合蛋白）“协同效应”，维持单链的 稳定性 2.大肠杆菌DNA复制起始过程 Dna A 识别复制起始原点并结合 负超螺旋结构，促进解链。或者DNA分子发生扭曲，使解旋酶能够进入，帮助与复制叉组装和功能有关的因子进入

可能是Dna B加入，有科学家认为其为螺旋酶，其可识别潜在单链，与拓扑异构酶结合负责解链。

SSB负责稳定单链 DnaB+6DnaC 复合体

OriC 预引发体

预引发体可引入其他蛋白质和引发酶从而形成引发体 10 引发体在后随链上前进，产生短的RNA引物 先导链的RNA引物很可能是由RNA聚合酶直接合成

五、尿嘧啶片段 1.d NTP包括四种：d ATP, d GTP ,d CTP ,d TTP. 2.由于有机体重不能直接合成 d TTP，其需要通过UTP进行转化，转化过程中不完全的化极有可能形成d UTP,其会与A配对，从而形成尿嘧啶片段。

3.通常要形成301分子的d TTP，即会有一个为d UTP，即二者比例为300:1. 六、5末端问题 即复制过程中由于要从5端切除其RNA引物导致DNA变短这么一个问题。 微生物通常采取的方法：1）DNA成环2）以蛋白质作为其引物3）连环 真核生物：端粒 永生细胞：单细胞真核生物，如四膜虫。 七、癌症研究进展 1.病毒致癌机理 1.1急性转化病毒（存在癌基因，与人体内的原癌基因同源），可以直接诱导细胞癌变。 原癌基因表达的产物：a，细胞生长因子b，质膜上的受体蛋白c，第二信使d，核因子 1.2慢性转化病毒，其基因组能插入宿主基因组上，在某些特殊位点极有可能引发癌变 1.3突变热点：突变频率比其他位点要高的位点 1.4抑癌基因：提高DNA保真程度的基因？

Lecture 7 DNA测序 一、 两种DNA测序方法 1. 化学裂解法（maxam—Gilbert） 2. 末端双脱氧链终止法（F-sanger） 11 二、末端双脱氧链终止法 DNA合成体系：模板，引物，d NTP,聚合酶，缓冲液 基本原理：1.聚丙烯酰胺凝胶电泳 普通电泳的基本原理 分子筛效应 2.dd NTP：一、该物质能以单链DNA为模板，合成出准确的DNA互补序列；二、如果以dd NTP为底物，掺入到新合成德寡核苷酸链的3末端后，DNA链的延伸终止。

实验设计：1反应管：同时加入d NTP和dd NTP。 2、3、4、5反应管：分别入四种d NTP的一种，而不加入dd NTP。 反应结束后进行PAGE电泳分析。 实验改进：1.先加入d NTP，延伸2min，可得到不同长度的DNA片段，然后加入dd NTP进行终止。

3. 增设泳道：将样液分成两组，先让第一组进行电泳，凝胶的末端出现条带时结束。再让第二组电泳，与此同时，第一组继续电泳使较长的链也能出现。最后将两组电泳结果综合起来。这是为了解决凝胶不能太长的一个方法。

4. 对dd NTP进行荧光标记 5. 通用引物 6. 测序PCR：解决模板数量的问题 三、HGP 1.BAC by BAC 2.鸟枪法

Lecture 8 转录（transcription） 1. 转录过程中DNA链的认识 模板链：与RNA聚合酶结合的那条链，并根据碱基互补配对原则指导RNA合成。 编码链：DNA双链除模板链的另一条链，其碱基顺序与编码的RNA一致。